Java中HashMap和Hashtable的区别

技术背景

在Java编程中，HashMap和Hashtable都是用于存储键值对的数据结构，它们都使用哈希技术来存储唯一的键。Hashtable是Java 1.0中引入的遗留类，而HashMap是Java 1.2引入的，是Java集合框架的一部分。了解它们之间的区别，有助于开发者根据具体的应用场景选择合适的数据结构。

实现步骤

1. 同步性

• Hashtable是同步的，这意味着它是线程安全的，可以在多个线程之间共享。
• HashMap是非同步的，不是线程安全的，在多线程环境下使用需要额外的同步代码。如果需要同步的HashMap，可以使用Collections.synchronizedMap(hashMap)方法。

2. 空键和空值

• Hashtable不允许null键或值，若尝试插入null键或值，会抛出NullPointerException。
• HashMap允许一个null键和任意数量的null值。

3. 继承和迭代方式

• Hashtable继承自Dictionary类，它可以通过Enumerator和Iterator进行遍历，其中Enumerator不是快速失败的。
• HashMap继承自AbstractMap类，它只能通过Iterator进行遍历，并且Iterator是快速失败的。

4. 初始容量和负载因子

• HashMap构造一个空的哈希表，默认初始容量为16，默认负载因子为0.75。
• Hashtable构造一个空的哈希表，默认初始容量为11，负载因子为0.75。

5. 结构修改和性能

• 从Java 8开始，对于HashMap，如果哈希桶中的元素数量超过一定阈值（TREEIFY_THRESHOLD = 8），桶将从链表转换为平衡树（红黑树），当元素数量减少到一定程度（UNTREEIFY_THRESHOLD = 6）时，树将转换回链表。这提高了HashMap在高哈希冲突情况下的最坏情况性能，从O(n)提升到O(log n)。而Hashtable在发生哈希冲突时，仍然只使用链表存储元素。
• 由于Hashtable是同步的，其性能通常比HashMap稍慢。

核心代码

以下是一个简单的示例，展示了HashMap和Hashtable的使用：

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Hashtable;
import java.util.Map;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // HashMap示例
        Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put("apple", 1);
        hashMap.put(null, 2); // HashMap允许null键
        hashMap.put("banana", null); // HashMap允许null值

        // 同步的HashMap
        Map<String, Integer> synchronizedHashMap = Collections.synchronizedMap(hashMap);

        // Hashtable示例
        Hashtable<String, Integer> hashtable = new Hashtable<>();
        hashtable.put("cherry", 3);
        // hashtable.put(null, 4); // 会抛出NullPointerException
        // hashtable.put("date", null); // 会抛出NullPointerException
    }
}

最佳实践

• 单线程应用：如果应用程序是单线程的，建议使用HashMap，因为它没有同步带来的额外开销，性能更好。
• 多线程应用：如果需要线程安全的集合，并且对性能要求不是特别高，可以使用Hashtable。但更推荐使用ConcurrentHashMap，它是Hashtable的现代替代品，具有更高的并发性能。

常见问题

1. ConcurrentModificationException问题

在使用HashMap的Iterator进行遍历时，如果在遍历过程中对HashMap进行了结构修改（除了通过Iterator的remove()方法），会抛出ConcurrentModificationException。而Hashtable的Enumerator不会抛出此异常，但不保证遍历结果的一致性。

2. 性能问题

在高并发场景下，Hashtable的同步机制可能会导致性能瓶颈。此时应考虑使用ConcurrentHashMap。

3. 兼容性问题

如果需要与旧代码或遗留系统兼容，可能需要使用Hashtable。但在新开发的代码中，应优先考虑HashMap或ConcurrentHashMap。